光模块的制作方法

文档序号:11205630
光模块的制造方法与工艺

本发明属于光纤通信技术领域,特别涉及一种光模块。



背景技术:

光模块(transceivermodule),由光电子器件、功能电路和光接口等组成,光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分通常是:输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD:LaserDiode)发射出相应速率的调制光信号,其内部带有光功率自动控制电路,使输出的光信号功率保持稳定。接收部分通常是:一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号。简单的说,光模块的作用就是光电转换,发送端把电信号转换成光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转换成电信号。

光模块在光纤通信领域中作为一种基本元器件获得了广泛的应用,然而对于采用半导体激光器作为光源的光模块,在成本和功耗方面一直居高不下,发光效率不稳定,尤其是在高温和温度变化剧烈的情况下,其发光效率不稳定表现的更加突出,可靠性不佳。



技术实现要素:

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种光模块。

本发明的实施例提供了一种光模块,包括光发射装置和光接收装置,其中,所述光发射装置包括相互电连接的红外光源(1)和红外光源驱动电路(2),光接收装置包括依次相连的PIN探测器(3)、PIN探测器前放电路(4)和主放大器(5);

所述光发射装置用于接收电信号经过处理后生成光信号,所述光接收装置用于接收所述光信号经处理后输出电信号。

在本发明提供的实施例中,所述PIN探测器(3)包括依次连接的光电TO-CAN(31)、金属管体(32)、连接块(33)和光纤(34)。

在本发明提供的实施例中,所述光电TO-CAN(31)包括管帽(311)和透镜(312)。

在本发明提供的实施例中,还包括误码检测仪(6),电连接所述主放大器(5)的信号输出端,用于检测信号传输的误码率。

在本发明提供的实施例中,还包括信号延迟电路(7),所述信号延迟电路(7)电连接所述主放大器(5)的信号输出端和所述误码检测仪(6)的输入端,用于对由所述主放大器(5)输出的电信号进行延迟处理。

在本发明提供的实施例中,还包括开关(8),所述开关与所述信号延迟电路(7)并联。

在本发明提供的实施例中,所述红外光源(1)包括红外LED(10)、基板(11)、透镜(12)、金丝(13)及树脂材料(14);其中,

所述红外LED(10)位于所述基板(11)的中间凹槽部分处;

所述金丝(13)的两端分别连接所述基板(11)上的金属线和所述红外LED(10);

所述透镜(12)位于所述基板(11)上且与所述基板(11)固定连接;

所述树脂材料(14)位于所述基板(11)与所述透镜(12)形成的空腔之中。

在本发明提供的实施例中,所述红外LED(10)的发光波长为1550nm~1650nm。

在本发明提供的实施例中,所述红外LED(10)包括:衬底(101)、P型晶化Ge层(102)、本征Ge层(103)、N型Ge层(104)及钝化层(105);

其中,所述P型晶化Ge层(102)、所述本征Ge层(103)、所述N型Ge层(104)和所述钝化层(105)依次层叠于所述衬底(101)上。

在本发明提供的实施例中,所述红外LED(10)还包括正电极(106)和负电极(107),所述正电极(106)和所述负电极(107)分别连接所述P型晶化Ge层(102)和所述N型Ge层(104)。

本发明提供的光模块,成本低,功耗低,且发光效率稳定,不受温度的变化影响,可靠性高。

附图说明

下面将结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图;

图2是本发明实施例提供的一种PIN探测器的结构示意图;

图3是本发明实施例提供的一种光电TO-CAN结构示意图;

图4为本发明实施例提供的另一种光模块的结构示意图;

图5为本发明实施例提供的又一种光模块的结构示意图;

图6为本发明实施例提供的一种红外光源结构示意图;

图7为本发明实施例提供的一种红外LED的结构示意图;

图8a-图8m为本发明实施例的一种红外LED的制备方法示意图;

图9为本发明实施例提供的一种LRC工艺的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1,图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图,该光模块包括:

光发射装置和光接收装置,其中,所述光发射装置包括相互电连接的红外光源(1)和红外光源驱动电路(2),光接收装置包括依次相连的PIN探测器(3)、PIN探测器前放电路(4)和主放大器(5);

所述光发射装置用于接收电信号经过处理后生成光信号,所述光接收装置用于接收所述光信号经处理后输出电信号。

本实施例采用红外光源作为发光器件,具有成本低,功耗低,且发光效率稳定,不受温度的变化影响,可靠性高的优势。

进一步地,在上述实施例的基础上,请参见图2,图2是本发明实施例提供的一种PIN探测器(3)的结构示意图。所述PIN探测器(3)包括依次连接的光电TO-CAN(31),(TO-CAN即:Transistor Outline Can,晶体管外形的罐式封装管),金属管体(32),连接块(33)和光纤(34)。

进一步地,在上述实施例的基础上,请参考图3,图3是本发明实施例提供的一种光电TO-CAN(31)结构示意图。所述光电TO-CAN(31)包括管帽(311)和透镜(312)。

上述实施例提供的光模块,其输出的电信号相对于其输入信号具有一定的延迟,且该延迟会随着光纤的距离不同而有所差异。如果对这种信号延迟现象进行处理,会影响该光模块的信号传输误码率。尽管现有技术中有一些时间同步方法来抑制这种延迟现象,但是需从编解码、同步电路设计等方面重新设计,这种方式成本高,通用性差,难以大规模推广。

本发明实施例提供了一种低成本的解决方案,在上述实施例的基础上,请参考图4,图4为本发明实施例提供的另一种光模块的结构示意图,为进一步提高光模块的可靠性,本实施例提供的该光模块,还包括误码检测仪(6),电连接所述主放大器(5)的信号输出端,用于检测信号传输的误码率。

误码率高的情况往往是因为在对数字信号进行处理的时刻处于该数字信号的上升沿或下降沿,因此,如果对接收到的数字信号进行一定程度的延迟,避开在该数字信号的上升沿或下降沿时对信号进行处理,就能较为明显地降低误码率。

基于此,请参考图5,图5为本发明实施例提供的又一种光模块的结构示意图,本发明实施例提供的光模块还包括信号延迟电路(7),所述信号延迟电路(7)电连接所述主放大器(5)的信号输出端和所述误码检测仪(6)的输入端,用于对由所述主放大器(5)输出的电信号进行延迟处理。优选地,该信号延迟电路(7)对信号延迟的程度可控。

进一步地,在上述实施例的基础上,本发明提供的另一种光模块还包括开关(8),所述开关与所述信号延迟电路(7)并联。当开关处于闭合状态时,信号延迟电路(7)停止工作,用户可根据实际需要确定是否需要进行信号延迟,例如,用户可根据所述误码检测仪(6)的指示的误码率,确定是否需要启用信号延迟电路。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上,优选地,所述红外LED(10)的发光波长为1550nm~1650nm。

请参考图6,图6为本发明实施例提供的一种红外光源结构示意图,该红外光源用于红外光模块中。该红外光源块包括基板(11)、透镜(12)、金丝(13)及树脂材料(14)。

其中,所述红外LED(10)位于所述基板(11)的中间凹槽部分处;

所述金丝(13)用于连接所述基板(11)上的金属线和所述红外LED(10);

所述透镜(12)固接位于所述基板(11)上且与所述基板(11)固定连接;

所述树脂材料(14)位于所述基板(11)与所述透镜(12)形成的空腔之中。

实施例三

请参考图7,图7为本发明实施例提供的一种红外LED(10)的结构示意图,该红外LED(10)包括:

衬底(101)、P型晶化Ge层(102)、本征Ge层(103)、N型Ge层(104)及钝化层(105);

其中,所述P型晶化Ge层(102)、所述本征Ge层(103)、所述N型Ge层(104)和所述钝化层(105)依次层叠于所述衬底(101)上。

进一步地,在上述实施例的基础上,还包括正电极(106)和负电极(107),所述正电极(106)和所述负电极(107)分别连接所述P型晶化Ge层(102)和所述N型Ge层(104)。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述正电极(106)和所述负电极(107)均为Cr-Au合金材料。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述衬底(101)为单晶Si材料。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述P型晶化Ge层(102)的厚度为190~200nm,掺杂浓度为5×1018cm-3

进一步地,在上述实施例的基础上,所述P型晶化Ge层(102)是通过采用激光再晶化工艺对生长在所述衬底(101)上的Ge外延层进行处理而得到的,其中,所述激光再晶化工艺的参数为:激光波长为808nm,激光光斑尺寸10mm×1mm,激光功率为1.5kW/cm2,激光移动速度为25mm/s。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述本征Ge层(103)包括第一Ge阻挡层(1031)、GeSn层(1032)及第二Ge阻挡层(1033),并且,所述第一Ge阻挡层(1031)、所述GeSn层(1032)及所述第二Ge阻挡层(1033)依次层叠形成。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述第一Ge阻挡层(1031)的厚度为12-18nm,所述GeSn层(1032)的厚度为150~200nm,所述第二Ge阻挡层(1033)的厚度为400-450nm。

进一步地,在上述实施例的基础上,所述N型Ge层(104)的厚度为100-120nm。

采用本发明实施例提供的基于GeSn材料的LED,采用GeSn代替Ge作为光电集成电路中的光源,提高了发光效率,有效抑制缺陷的扩展从而获得高质量的Ge/Si虚衬底;并且,在Ge掺杂层和GeSn本征层之间引入Ge阻挡层结构,可以避免Ge层的掺杂源对GeSn的无意掺杂,从而提高器件的性能。

实施例四

请参照图8a-图8m,图8a-图8m为本发明实施例的一种红外LED(10)的制备方法示意图,该制备方法包括如下步骤:

S101、选取单晶Si衬底001,如图8a所示。

S102、在250℃~350℃温度下,利用CVD工艺在单晶Si衬底001上生长40~50nm的Ge籽晶层002,如图8b所示。

S103、在550℃~600℃温度下,利用CVD工艺在Ge籽晶层002表面生长150~250nm的Ge主体层003,如图8c所示。

S104、利用CVD工艺在Ge主体层003表面上生长100~150nm的SiO2保护层004,如图8d所示。

S105、将包括单晶Si衬底001、Ge籽晶层002、Ge主体层003的整个衬底材料加热至700℃,连续利用激光再晶化工艺处理整个衬底材料,得到晶化Ge层005,自然冷却整个衬底材料,其中激光波长为808nm,激光光斑尺寸10mm×1mm,激光功率为1.5kW/cm2,激光移动速度为25mm/s。

S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀SiO2保护层,得到晶化Ge层005,如图8e所示。

S107、利用离子注入工艺对晶化Ge层005进行掺杂,掺杂浓度为5×1018cm-3,形成P型晶化Ge层006,然后对整个材料进行退火处理,如图8f所示。

S108、在温度300-350℃下,利用CVD工艺在P型晶化Ge层006上生长12-18nm的第一Ge阻挡层007,如图8g所示。

S109、在H2氛围中将温度降到350℃以下,SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源,Sn组分为8%,掺Ge组分为92%,在第一Ge阻挡层007上生长150~200nm的GeSn层008,如图8h所示。

S110、在温度300-350℃下,利用CVD工艺在GeSn层008上生长400-450nm的第二Ge阻挡层009,如图8i所示。

S111、生长N型Ge层010。将温度降到350℃以下,在第二Ge阻挡层009上继续生长Ge层,用N2作为运载气体可以提高生长速率,以PH3作为P掺杂源,P掺杂浓度为1×1019cm-3,形成100-120nm的N型Ge层结构010,如图8j所示。

S112、在室温下,利用刻蚀工艺刻蚀掉包括第一Ge阻挡层、GeSn层及第二Ge阻挡层的指定区域,露出P型晶化Ge层以作P型晶化Ge层金属接触台面,如图8k所示。

S113、利用等离子体增强化学气象淀积工艺,在P型晶化Ge层金属接触台面及所述N型Ge层上生长SiO2钝化层011,隔离台面与外界电接触,然后利用刻蚀工艺,选择性刻蚀SiO2钝化层011,分别形成P型Ge层接触孔及N型Ge层接触孔,如图8l所示。

S114、利用电子束蒸发淀积工艺,在P型Ge层接触孔及N型Ge层接触孔区域生长150~200nm的Cr-Au合金012作为电极,如图8m所示。

请参照图9,图9为本发明实施例提供的一种LRC工艺的示意图。LRC工艺,即激光再晶化工艺,是一种热致相变结晶的方法,通过激光热处理,使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶,横向释放Ge外延层的位错缺陷,不仅可获得高质量的Ge外延层,同时,由于LRC工艺可精确控制晶化区域,一方面避免了常规工艺中Si衬底与Ge外延层之间的Si、Ge互扩问题,另一方面Si/Ge之间材料界面特性好。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1